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《齿轮坯的精锻成形数值模拟与工艺研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第13卷第2期塑性工程学报Vol.13No.22006年4月Apr.2006JOURNALOFPLASTICITYENGINEERING摩托车带爪齿轮坯的精锻成形数值模拟与工艺研究(重庆工学院材料学院,重庆400050)胡亚民夏华张鈺成摘要:采用DEFORM软件对摩托车带爪齿轮坯进行了温精锻成形工艺数值模拟分析,并采用专用模具进行了温精锻工艺的实验研究。模拟与实验结果表明,闭式温精锻工艺与模具设计合理,数值模拟分析准确。关键词:精密锻造;数值模拟;带爪齿轮中图分类号:TG306文献标识码:A文章编号:1007-201
2、2(2006)02-0048-03引言1三维几何造型及技术处理带爪齿轮是摩托车传动系统的重要零件,如图通过对产品结构的技术工艺分析,采用闭式温1所示。该产品的外表面是渐开线齿,内孔是花键精锻成形工艺,锻件精化毛坯如图2所示,两端的齿,两端分别有4个异形齿爪。材料为20CrMoTi,8个异形齿爪通过温精锻直接成形,不再进行任何表面渗碳淬火处理。本产品的成形工艺关键是两端机械切削加工。而内孔的花键齿和外圆的渐开线齿齿爪的精密成形。为此,对产品进行了计算机数值形通过后续的机械加工得到。在体积成形过程中,模拟分析,应用体积成
3、形分析软件DEFORM-3D优采用刚塑性有限元数值模拟技术,因为坯料的弹性化了成形工艺。变形远远小于其塑性变形。图2摩托车带爪齿轮精锻件Fig.2Preciseforgingforfingergearofmotorbike图1摩托车带爪齿轮1.1模具与坯料几何模型Fig.1Fingergearofmotorbike在体积成形中,模具与坯料的表面一般都由曲面构成。而DEFORM-3D软件不具备三维造型功能,为此可以选用专门的CAD几何造型软件Pro/E完成模具与坯料的几何模型。几何造型参见相应的模具图,造型时坯料、模具
4、应在同一轴线上,并转胡亚民E-mail:cqhym@sina.com换成STEL文件,通过DEFORM的相关接口读入,作者简介:胡亚民,男,1943年生,教授,研究员级高进行变形过程分析。三维几何模型如图3所示。级工程师,武汉理工大学材料加工工程学科兼职博士生导1.2模具曲面描述师,主要从事材料成形加工的教学和科研工作模具刚度远大于坯料,在数值模拟中,视模具收稿日期:2005-04-24;修订日期:2005-05-08为刚性体,因此,对模具的描述主要是对其模具表第2期胡亚民等:摩托车带爪齿轮坯的精锻成形数值模拟与工艺
5、研究491.4摩擦模型常摩擦约束处理是将单元接触表面所产生的摩擦功作为对能量泛函的一种修正,以摩擦泛函的形式体现界面摩擦效应,在体积成形数值模拟中较多采用。常摩擦模型为fz=mk式中fz---摩擦力图3几何模型m---摩擦因子,设m=0.3a)凸模;b)坯料;c)凹模k---屈服应力Fig.3Geometrymodel1.5参数选择面信息的处理。目前常用的解析格式、点云格式、成形温度为820℃;成形速度为16mm/s;上模参数曲面格式及网格格式4种模具曲面描述方法中,最大位移为100mm;成形材料为20CrMnTi。
6、解析格式存在很大局限性;点云格式依赖于大量的空间数据点,不仅数据采集困难,而且存储量大,2数值模拟及结果分析运算效率低;参数曲面格式可靠性好,效率高,但尚缺少统一的数据标准,影响接触求解算法的兼容采用四面体单元对坯料进行有限元网格划分,性;网格格式与有限元网格类似,模具曲面通过三零件几何尺寸不大,但变形量大,为了保证模拟计角形或四边形来逼近,因此可毫无限制地描述任意算的精度,延迟网格畸变,单元划分细密。由于该复杂曲面,包括垂直曲面和大曲率曲面,网格方法成形零件的不对称性,取整体模型进行模拟分析。应用最为广泛。零件成形
7、终了时的等效应力如图4所示,等效本文采用网格格式描述带爪齿轮精密成形模具应力的最大值在零件的纵向飞边处,飞边越高,应的型腔。力越大,因而阻止了材料的流动,促使金属充满模1.3接触搜索与接触约束具型腔,等效应力在零件的齿爪根部圆角处也很大,接触点的搜索对于体积成形这类动态接触问题而且圆角越小,应力越大。圆角半径过小,该处还十分重要。采用简单、实用、可靠的主仆算法,定要产生折叠缺陷。义模具为主表面,变形体为从表面。在接触搜索过程中,从表面上的从节点不允许穿透主表面,而主表面上的主节点允许穿透从表面,这样接触搜索仅需要在从
8、节点与主表面之间进行。接触间隙带设定为0.1×10-4mm,在坯料接点落在这个间隙带内时,则认为坯料与模具发生实体接触,需作接触约束处理。成形过程中,随着坯料的不断变形,某些处于自由状态的边界节点可能会与模具接触而受到约束,这种约束体现为接触的模具与坯料需满足无穿透约图4摩托车带爪齿轮精锻时的等效应力分布束条件,即接触点必须沿模具表面切向滑动并
